物聯(lián)網平臺應用使能的實現(xiàn)研究

魏偉

摘 要：物聯(lián)網平臺作為前端傳感和后端應用系統(tǒng)之間的中間層，將簡化傳統(tǒng)應用系統(tǒng)的實現(xiàn)模式，傳統(tǒng)需要由各個系統(tǒng)均實現(xiàn)對設備、連接等的管理功能，而物聯(lián)網平臺將作為中間對接前端設備并實現(xiàn)安全的連接管理，使得應用系統(tǒng)只用關心業(yè)務層面的數(shù)據(jù)處理、流程定義、功能優(yōu)化等，簡化應用系統(tǒng)的復雜度和處理邏輯，從而實現(xiàn)對傳統(tǒng)應用系統(tǒng)模式的顛覆，本文探討了物聯(lián)網平臺中應用使能功能實現(xiàn)的關鍵要素和實現(xiàn)方式等內容。

關鍵詞：API；規(guī)則引擎；業(yè)務編排；數(shù)據(jù)處理；預集成

中圖分類號：TH929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0023-02

物聯(lián)網目前處于炙手可熱的階段，工業(yè)和信息化部近幾年多次發(fā)文要求加快推進物聯(lián)網基礎設施等的建設和相關標準、應用的推進。物聯(lián)網的實施過程中，基礎網絡是很重要的環(huán)節(jié)，但物聯(lián)網平臺的作用不容小覷，物聯(lián)網和物聯(lián)網平臺的協(xié)同，將在很多領域顛覆現(xiàn)有的業(yè)務模式，使得數(shù)據(jù)生產方和數(shù)據(jù)使用方實現(xiàn)解耦，對前端設備的管理等均由物聯(lián)網平臺實現(xiàn)，將應用軟件的重心放在對業(yè)務的支持方面，這就需要物聯(lián)網平臺除了具有廣泛兼容的設備連接和處理能力外，更需要有高度模塊化和強兼容性的應用使能功能，是具有高度適配性的平臺，物聯(lián)網平臺要做到具有良好的兼容性，需要在API網關、規(guī)則引擎、業(yè)務編排、數(shù)據(jù)管理、租戶服務、應用預集成等方面做好設計和實現(xiàn)。

1 API網關

物聯(lián)網平臺能把網絡能力、連接能力、設備接入、規(guī)則引擎、設備數(shù)據(jù)、預集成第三方能力等統(tǒng)一開放，支持企業(yè)、組織、園區(qū)智慧應用的快速便捷構建，滿足個性化的開發(fā)需求。平臺對于業(yè)務能力調用請求進行鑒權，鑒權通過后向上層應用轉發(fā)能力調用。鑒權應支持采用雙向證書認證+密碼的方式等安全手段。物聯(lián)網平臺應提供的豐富API接口：主要包括數(shù)據(jù)API接口和能力開放API接口，其中數(shù)據(jù)API接口包含以下接口：

（1）設備API接口：提供API供應用進行設備管理，包含新增、編輯、刪除設備和設備組，及讀取單個或多個設備信息的API服務。

（2）數(shù)據(jù)API接口：提供API供應用進行設備數(shù)據(jù)查詢，訂閱（實時推送），刪除等操作。

（3）命令執(zhí)行API接口：提供控制或下發(fā)命令給設備側，包含命令的的發(fā)送，響應的獲取，以及命令撤銷等API服務。

（4）規(guī)則API接口：提供應用使用平臺規(guī)則引擎的能力，包含新增、編輯、刪除及查找規(guī)則等API服務。

（5）安全接入API接口：用于對第三方應用進行鑒權認證。

能力API接口包含以下接口：

（1）短信能力API接口：對外提供短信能力封裝服務。

（2）地圖能力API接口：對外提供位置能力封裝服務。

所有API都應是標準的Restful風格。REST（Representational State Transfer）是一種軟件架構風格，提供了一組設計原則和約束。滿足這種設計風格的API即是Restful的API。在目前主流的三種Web服務交互方案中，REST相比于SOAP（Simple Object Access protocol，簡單對象訪問協(xié)議）以及XML-RPC更加簡單明了，無論是對URL的處理還是對Payload的編碼，REST都傾向于用更加簡單輕量的方法設計和實現(xiàn)。Web應用程序最重要的 REST原則是，客戶端和服務器之間的交互在請求之間是無狀態(tài)的。從客戶端到服務器的每個請求都必須包含理解請求所必需的信息。REST樣式的Web服務中，每個資源都有一個地址。資源本身都是方法調用的目標，方法列表對所有資源都是一樣的。這些方法都是標準方法，包括 HTTP GET、POST、PUT、DELETE，還可能包括HEADER 和OPTIONS。

2 規(guī)則引擎

規(guī)則引擎定位處理各種事件，用戶可以預定義各種事件處理的判斷條件和對應處理的各種動作，利用規(guī)則引擎可以完成異常事件的及時通知和快速處理，幫助終端用戶維護設備、監(jiān)控設備，保證系統(tǒng)業(yè)務的及時恢復。閾值超限、范圍超限、位置跟蹤等事件，也可定義為規(guī)則引擎輸入條件，并關聯(lián)對應的處理動作。

規(guī)則可以和設備、應用、告警綁定，當綁定的信息滿足條件時，規(guī)則可以自動化執(zhí)行響應動作。規(guī)則引擎支持對終端下發(fā)命令。

物聯(lián)網平臺應預置豐富的規(guī)則場景，也可以通過標準API接口定制規(guī)則。定制規(guī)則支持基于終端自組網、基于網關、基于云平臺等不同層級的全面部署方式。

3 業(yè)務編排

系統(tǒng)預置常用的業(yè)務聯(lián)動場景直接供各智慧應用使用，同時對外提供標準API接口，智慧應用可以通過調用API接口實現(xiàn)業(yè)務的編排、修改、刪除等操作，實現(xiàn)跨應用跨終端的快速業(yè)務定制。

4 數(shù)據(jù)管理

4.1 基礎數(shù)據(jù)管理

物聯(lián)網平臺提供基礎數(shù)據(jù)的統(tǒng)一提供查詢和更新服務，保證基礎數(shù)據(jù)在業(yè)務運營中的唯一性和一致性?；A數(shù)據(jù)包括生產設備屬性數(shù)據(jù)，客戶和組織結構相關數(shù)據(jù)在內的平臺運行所必須的靜態(tài)數(shù)據(jù)等。

平臺對各種設備上報的數(shù)據(jù)進行管理，將上報的各不相同的數(shù)據(jù)轉換為標準設備數(shù)據(jù)；并提供標準控制命令到各種不同設備的控制命令轉換；將設備的原生數(shù)據(jù)根據(jù)行業(yè)定義的模型轉換后，支持規(guī)則引擎、業(yè)務編排模塊、第三方行業(yè)應用進行相應的業(yè)務觸發(fā)。

4.2 數(shù)據(jù)模型

提供開放的數(shù)據(jù)模型（基于OneM2M和ETSI標準），并提供對各種設備（傳感器）數(shù)據(jù)抽象和支持靈活擴展，使應用不需要關注各種具體連接方式（如ETH，Wi-Fi，ZigBee，2/3/4G等）的各種制造廠家（不同的數(shù)據(jù)編解碼格式）的設備，方便開發(fā)者開發(fā)支持多個垂直行業(yè)應用集成。

支持對物聯(lián)網的應用、用戶、設備、傳感器數(shù)據(jù)，進行管理和關聯(lián)綁定操作，并提供群組管理和對應批操作。

4.3 數(shù)據(jù)集成、存儲

物聯(lián)網平臺針對不同物聯(lián)網終端數(shù)據(jù)類結構相差各異的特點，應提供多類型數(shù)據(jù)庫以支持異構數(shù)據(jù)的集成、存儲。設置專用數(shù)據(jù)庫用于存儲文檔數(shù)據(jù)和異構數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的Replica Sets（副本集） 和Sharding（分片）技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的可靠性和水平擴展。業(yè)務數(shù)據(jù)庫用于存儲關系數(shù)據(jù)，存儲系統(tǒng)配置、運維用戶管理等維護管理相關數(shù)據(jù)。并能集中管理各類數(shù)據(jù)的存取位置、訪問途徑、關聯(lián)關系等相關信息。其中：

分布式數(shù)據(jù)庫提供結構化數(shù)據(jù)存儲如溫濕度傳感器上報的溫度、濕度等及其他物聯(lián)前端數(shù)據(jù)，并提供快速數(shù)據(jù)訪問服務；

內存數(shù)據(jù)管理技術，對于熱點數(shù)據(jù)進行緩存處理，如用戶、應用的權限數(shù)據(jù)，資源訂閱數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)存儲。

4.4 數(shù)據(jù)監(jiān)控

物聯(lián)網平臺的數(shù)據(jù)監(jiān)控主要實現(xiàn)以下功能內容：

根據(jù)不同業(yè)務需求，平臺可對匯集的業(yè)務數(shù)據(jù)和信息配置閾值或約束規(guī)則，同時，基于現(xiàn)場配置傳感設備的分布和關聯(lián)性，并設置聯(lián)動觸發(fā)條件和聯(lián)動動作邏輯。

依據(jù)報警規(guī)則的配置內容的對業(yè)務數(shù)據(jù)進行及時、不間斷的監(jiān)控和判斷。當數(shù)值越過閾值界限或告警規(guī)則要求時，進行相關事件信息或異常狀態(tài)變化信息的記錄，同時通過觸發(fā)器啟動后續(xù)的報警通知和聯(lián)動動作。

通過預設通知方式將報警信息傳達到相應的應用、人員或者指定設備，報警信息通知方式主要分為針對上層應用基于注冊廣播機制的報警信息推送方式，和基于短信和電子郵件的報警信息通知方式。

4.5 數(shù)據(jù)分析

物聯(lián)網平臺提供數(shù)據(jù)分析能力，對設備上報的數(shù)據(jù)進行解析、分析、存儲等處理。平臺會根據(jù)設備數(shù)據(jù)的分析結果做出相應操作，例如，當水表的電量信息上報至平臺，平臺通過對電量的分析判斷電池是否需要更換，如電池電量較低，平臺則會上報告警，提醒企業(yè)更換電池。同時，物聯(lián)網平臺也會分析、篩選設備數(shù)據(jù)中有用數(shù)據(jù)，可以將企業(yè)訂閱的有用數(shù)據(jù)推送給企業(yè)使用。

平臺通過柱狀圖、曲線圖，餅狀圖和儀表盤報表圖等將數(shù)據(jù)分析結果可視化。

4.6 數(shù)據(jù)共享

物聯(lián)網平臺應支持數(shù)據(jù)訂閱與推送能力，平臺向應用側開放訂閱平臺數(shù)據(jù)和消息推送接口，應用向平臺訂閱所需的通知類型，當已訂閱的通知類型觸發(fā)時，平臺向應用推送此消息，應用根據(jù)通知類型進行對消息分派對應的服務模塊進行處理。

應用須在通過鑒權認證后才能進行數(shù)據(jù)的訂閱。應用可以訂閱的通知類型應至少包括：添加新設備、設備信息變化、設備數(shù)據(jù)變化、刪除設備、設備事件、消息確認、響應命令、設備信息、規(guī)則事件、設備綁定激活、設備數(shù)據(jù)批量變化等內容。

4.7 數(shù)據(jù)授權

在某些業(yè)務場景下，采集后的數(shù)據(jù)需要通過權限開放給其它應用使用，企業(yè)管理人員可以登錄物聯(lián)網平臺Portal對數(shù)據(jù)進行授權管理，授權某些數(shù)據(jù)開放給特定的應用使用。

5 租戶服務

物聯(lián)網平臺應采取虛擬化或容器云的技術對各租戶進行完全隔離，實現(xiàn)同一套硬件資源同時支撐多個用戶的運營。資源隔離后，各租戶獨立運維。適合如下場景：

（1）根據(jù)所在地為特征進行分類，例如：省、市、縣等。

（2）根據(jù)所在的行業(yè)領域為特征進行分類，例如：環(huán)保、照明和環(huán)衛(wèi)等。

6 第三方能力預集成

物聯(lián)網平臺除了提供平臺自身的能力開放，還支持通過提供標準WebService接口的方式，實現(xiàn)外部能力的接入及封裝，并通過統(tǒng)一的北向Restful API對應用開放，上層應用通過平臺的開放接口調用封裝的能力，調用參數(shù)包括：能力ID、調用能力的參數(shù)。

通常包括與第三方地圖服務、短信與郵件服務等的集成：

6.1 地圖服務集成

通過集成和封裝第三方GIS服務產品，提供基于地圖的設備管理服務，在地圖上呈現(xiàn)設備及設備狀態(tài)。支持當前業(yè)界主流的地圖切換。

6.2 短信與郵件服務集成

通過集成第三方短信網關、電子郵件系統(tǒng)來實現(xiàn)相關信息的通知和發(fā)送。

7 結語

物聯(lián)網項目的實施成功，需要前端傳感設備、通信模組、物聯(lián)網專用網絡、物聯(lián)網平臺及各應用系統(tǒng)的通力配合才能實現(xiàn)，本文僅針對物聯(lián)網平臺的應用使能功能展開論述，對其中的部分技術點的實現(xiàn)方式給出了一些通用方法，但不一定是最優(yōu)的，物聯(lián)網平臺與應用系統(tǒng)的集成過程終需要根據(jù)各系統(tǒng)系統(tǒng)的實際情況選擇合適的技術方案和接口方式。

參考文獻

[1]物聯(lián)網白皮書（2016年）中國信息通信研究院，2016年12月.

[2]物聯(lián)網白皮書（2015年）中國信息通信研究院，2015年12月.

[3]物聯(lián)網白皮書（2014年）工業(yè)和信息化部電信研究院，2014年5月.

[4]物聯(lián)網白皮書（2011年）工業(yè)和信息化部電信研究院，2011年5月.

[5]吳思航.基于物聯(lián)網技術的機場飛行區(qū)周界安防系統(tǒng)設計[J].建材與裝飾，2016，（3）：129-131.

[6]彭昭.物聯(lián)網使能平臺的體系結構與服務模式[J].電信科學，2017，（11）：141-145.

[7]邸劍，肖軍，王春新，楊友朋.基于ESB的物聯(lián)網綜合業(yè)務平臺設計[J].計算機應用，2013，（Z2）：6-9.